淺析液壓系統中高壓雙泵保壓的合理設計潛力

摘要：本文根據兩種高壓雙泵保壓設計方案，經過分析、對比，說明在設計上有降低制造成本、提高系統效率、延長系統使用壽命等方面的潛力與優勢。

關鍵詞：液壓系統泵 設計 優化 潛力

在液壓機械中，液壓系統不少都有保壓回路，且應用也非常廣泛，比如液壓支架、液壓泵站等。液壓系統中的其中雙泵保壓回路，使用的就更多了。該液壓回路內，采用一個小排量的高壓泵和一個大排量的低壓泵，二者的工作參數均有不同，因而構成一個動力元件。這兩個泵協調供油，使液壓系統各執行元件的實現運動和保壓。

液壓系統內使用的是雙泵保壓的回路，使系統運行效率得以提升，進而降低了能源耗費。但一定要按照具體工作要求和工作場地選用合理的保壓回路系統的設計，按照既定的保壓壓力、執行元件運行速度及保壓時間等參數進行設計，力求科學、經濟、高效。

1設計方法

多數根據各常用的回路來進行液壓系統的設計。但各種常用的回路并不適用于全部的液壓系統，因為各自都有具體的功能要求。此外在設計過程中，應注意考慮到使用性能的同時，要兼顧其安全系數和經濟性能，否則可能導致設計結構欠佳，甚至無法使用。

1.1 一般的設計方法

在圖1（a）是一種簡單的液壓機液壓原理圖。它所執行的功能是：下壓→保壓→頂出。這種壓力機要完成此項工作，所設定的壓力為：低壓泵3MPa、高壓泵29 MPa；低壓泵的額定流量160L／min；額定壓力6.3MPa；高壓泵的額定流量10L／min，額定壓力31.5MPa。液壓機的設計圖表明，在技術參數范圍內能夠對該液壓系統的運行狀況和高壓保壓功能進行分析。

主液壓缸1的電液換向閥通電換向時，控制高、低壓泵卸載的電磁閥都通電換向，同時兩個泵通過低壓共同供油，使主缸作下壓運動。主缸完成物體的下壓后就開始保壓，系統的壓力上升到壓力繼電器設定壓力，壓力繼電器就會發出信號，低壓泵電磁閥通電，低壓泵卸載。此外，高壓泵的高壓油供給主缸進行保壓。一些高壓油用來對系統泄漏進行彌補，其余的高壓油通過高壓泵溢流閥流回油箱。

合理性分析。分析其原理可知，對于所有液壓機的工作流程系統均能到位的執行。但如果結合技術參數來研究，該原理也有些地方設計欠佳（此系統需要在高壓和低壓交替的條件下工作）。如主缸1、頂出缸2的上升及下降在低壓條件下進行，但主缸系統需在高壓條件下進行保壓。根據上圖可知，保壓過程中高壓油和高壓泵的溢流閥單向閥、兩液壓缸、主缸電液換向閥、卸荷電磁閥、壓力表開關、頂出缸電液換向閥和壓力繼電器相連通。因此，元件一定要選用上限值為31.5MPa的額定耐壓等級。

1.2 合理的設計方法

從經濟設計角度來看，液壓元件的流量等級及壓力等級等技術參數與其價格相關。其價格隨其流量和壓力等級的增高而增高，反之則低。為使成本投入減少，進行液壓系統的設計時，要合理選用元件。由圖1（a）得知，其低壓泵的壓力表開關、溢流閥及卸荷電磁閥在低壓條件下運作，則除兩泵的出油口的其他元件應該連通高壓油，或應在高壓條件下工作。這表明更為合理的液壓系統能將其取代。如果根據圖1（b）的原理來設計液壓機，這個高壓保壓回路就更為科學了。此時，兩泵在主液壓缸作下降運動的同時，將油供給液壓缸；若主缸下降至制定位置，就會提高系統壓力，壓力繼電器發出信號，卸載泵1，此時高壓泵就直接將高壓油供給主缸，使保壓在高壓狀態下進行。高壓油無需經主缸電液換向閥，也不會串通頂出缸和頂出缸的電液閥，若系統出現高壓，液控單向閥會對元件和高壓油的連通造成阻隔。完成保壓后，主液壓缸就經電液換為閥上升電磁鐵通電，低壓泵也卸載電磁閥通電，低壓泵則繼續運作供油，同時將液控單向閥打開。高壓泵油通電液換向閥及過液控單向閥流回油箱。若主缸提升至位碰行程開關，電液閥則會斷電復中位，卸荷電磁閥和高、低壓泵隨之斷電，也就完成了高、低壓泵的卸載。

2 兩種設計方案的比較

根據上述兩種液壓系統圖比較分析，從中不難看出，兩種系統的功能基本相同，但是，實質上產生的最終效果還是優于圖1（a）。圖1（b）的優點主要表現在以下幾個方面：①減少系統泄漏。由于系統的內外泄漏是對液壓系統效率造成影響的關鍵因素，特別是高壓油區的泄漏更突出。分析系統內的電液換閥，并對低壓系統內及高壓系統內的電液換向閥進行對比得知，兩閥內泄漏量的比例是1∶60。如≤6.3MPa的中低壓系統內電液換向閥的流量是200 L／min，電液閥只滿足了30mL／min以下的內泄漏量，但在31.5MPa的高壓系統內，流量不變，其達到了1.8L／min的內泄漏量。按照圖1（a）的系統原理，頂出缸和兩泵的電液換向閥達到了比5L／min還要高的內泄漏總量，遠遠高出系統高壓泵油量供給的一半，這表明高壓系統內出現了嚴重的泄漏問題。但圖1（b）的系統，防止了兩泵的頂出缸及電液換向閥和高壓油的接觸，很大程度上降低了系統的泄漏量，從而減少了功率消耗，就能選用更小的高壓泵額定流量，提高其運作效率，改善系統發熱的狀況。再者，不再嚴格要求密封件，且不易對密封帶來損壞。②有助于科學的布置液壓站集成埠。根據圖1（a）的系統泵站，高壓油需要經4個集成塊才可達到主液壓缸，但圖1（b）系統能夠在2個集成塊上集中布設與高壓油接觸的元件。該方法使集成塊間密封高壓油的工作量降低了，容易對集成塊進行加工，此外，中介環節減少了，也就降低了液壓泵站的局部損失。③減輕油液的氧化變質。高壓狀態下的液壓油容易氧化變質。圖1（a）的系統內，進行高壓保壓的過程中，主缸、管路上和頂出缸都有高壓油。但圖1（b）系統保壓過程中，高壓油只存在于主缸。所以，圖1（b）系統在保壓過程中經高壓擠壓的油量只占圖1（a）系統的一半。這可以使油液氧化變質變緩，從而延長油液使用壽命。④節約制造成本。因為液壓缸活塞和液壓閥芯均分別在閥體內和缸體內運動，其相對運動存在間隙，閥等元件的加工工藝性能及其工作壓力等級決定了其大小。元件要求間隙隨著工作壓力的增加而減小，配合精度也隨之增大，更需要嚴格要求材料的選用，同時也提高了制造成本和加工難度。圖1（b）的系統可使得在圖1（a）系統中處于高壓等級的高、低壓兩泵的頂出缸和電液閥與高壓區脫離，一直運作在中低壓狀態下。這樣也能降低大量的成本。

3結束語

科學的設計液壓系統能夠獲得良好的經濟效益。設計時可以參照常用回路，但不能照搬。應該按照具體的技術參數、場所及要求，選用設計科學的方案。一味的注重系統流量的設計而忽視壓力因素是不可行的?？傊?，要綜合考慮，優化設計。

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